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催化裂化汽油馏分烯烃加氢反应动力学模型
催化裂化汽油馏分烯烃加氢反应动力学模型
背景
随着环保标准的日益严格,各国制定的清洁汽油新标准对硫含量、烯烃含量提出了越来越严格的限制。我国的催化裂化汽油(FCCN)在成品汽油中占70%以上,而FCCN具有高硫含量、高烯烃含量的特点,因此,降低FCCN的硫含量和烯烃含量是满足未来汽油质量指标要求的关键。
在汽油的烃组成中,烯烃含量过高会增加有害物质的排放,车用汽油需要限制烯烃含量,但烯烃是汽油的高辛烷值组分,降低烯烃含量会造成汽油辛烷值相应下降。对于FCCN的脱硫过程,加氢精制是目前最有效的方法,然而在加氢脱硫的同时,烯烃也同时被饱和,造成汽油辛烷值的降低。考察加氢过程中烯烃的加氢反应动力学,对加氢脱硫过程中烯烃的变化规律具有现实意义。
笔者对FCCN中按照碳数分布的烯烃加氢饱和反应过程进行研究,建立了按照碳数分布的烯烃加氢动力学模型。
机理
FCCN中烯烃加氢饱和反应符合Langmuir—Hinshelwood吸附机理——假定表面反应发生在两个吸附物种之间且表面反应为速率控制步骤。
H2在催化剂上发生解离吸附(式1),烯烃以分子状态吸附在催化剂表面(式2),解离吸附的氢与吸附的烯烃分子发生表面反应。
动力学方程
φi表示碳数为i(i为4~11) 的烯烃体积分数,%;
ki表示碳数为i的烯烃加氢饱和基元反应速率常数,h-1;
Ki表示碳数为i的烯烃吸附平衡常数,h-1;
φH2表示氢气体积分数,%;
KH2表示氢气解离吸附平衡常数,h-1;
t表示反应物相对停留时间
4.动力学方程参数求解
按照该动力学模型,采用四阶龙格库塔方法求取常微分方程中的模型参数,得到FCCN馏分不同碳数烯烃加氢饱和反应的是、Ki以及KH2值。
M,
由表可以看出,H吸附平衡常数K为0.012,且已知,H2体积分数在66.722~69.406之间,二者之积即H2吸附项远远小于1,因此可以认为对于H为1级反应;同理,Ki数值在3.60~4.93之间,烯烃吸附项Km也远小于1,对烯烃反应级数也近似为1。基于Langmuir—Hinshelwood方程的动力学方程表明,按碳数分布的烯烃加氢饱和反应对烯烃和对H均可看作1级反应。
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